DNA損傷修復(fù)和突變

1、DNA的損傷、修復(fù)與基因突變的損傷、修復(fù)與基因突變一、一、DNA的損傷（概念、因素及其類型）的損傷（概念、因素及其類型）二、二、DNA損傷的修復(fù)損傷的修復(fù)三、基因突變?nèi)?、基因突變一、一?DNA的損傷的損傷 DNA損傷損傷指在生物體生命過程中指在生物體生命過程中DNA雙螺旋雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)生的任何改變。結(jié)構(gòu)發(fā)生的任何改變。1. 1 損傷概念損傷概念 DNA結(jié)構(gòu)發(fā)生的改變主要分為兩種：一是堿結(jié)構(gòu)發(fā)生的改變主要分為兩種：一是堿基的改變，二是雙螺旋結(jié)構(gòu)的異常扭曲?；母淖?，二是雙螺旋結(jié)構(gòu)的異常扭曲。 堿基改變只影響堿基改變只影響DNA的序列而不影響整體構(gòu)象，的序列而不影響整體構(gòu)象，當(dāng)當(dāng)DNA雙螺旋被分開

2、時(shí)并不影響轉(zhuǎn)錄或復(fù)制過程，雙螺旋被分開時(shí)并不影響轉(zhuǎn)錄或復(fù)制過程，而是通過序列的變化而是通過序列的變化改變子代的遺傳信息改變子代的遺傳信息。 雙螺旋結(jié)構(gòu)的異常扭曲對雙螺旋結(jié)構(gòu)的異常扭曲對DNA復(fù)制或轉(zhuǎn)錄可產(chǎn)復(fù)制或轉(zhuǎn)錄可產(chǎn)生生生理性傷害。生理性傷害。例如：紫外線輻射所造成的結(jié)構(gòu)扭例如：紫外線輻射所造成的結(jié)構(gòu)扭曲，引起兩個(gè)鄰近曲，引起兩個(gè)鄰近T堿基之間產(chǎn)生共價(jià)鍵，形成鏈堿基之間產(chǎn)生共價(jià)鍵，形成鏈內(nèi)內(nèi)T二聚體二聚體；或者某些原因形成單鏈缺口、凸起等。；或者某些原因形成單鏈缺口、凸起等。 1.2 引起損傷的因素引起損傷的因素1.2.1 自發(fā)性損傷自發(fā)性損傷1.2.2 物理因素引起的損傷物理因素引起的損傷

3、1.2.3 化學(xué)因素引起的損傷化學(xué)因素引起的損傷 引起引起DNA損傷的因素很多，包括損傷的因素很多，包括DNA分子本身分子本身在復(fù)制過程中發(fā)生的自發(fā)性改變以及細(xì)胞內(nèi)各種代在復(fù)制過程中發(fā)生的自發(fā)性改變以及細(xì)胞內(nèi)各種代謝物質(zhì)和外界物理、化學(xué)因素等引起的損傷。謝物質(zhì)和外界物理、化學(xué)因素等引起的損傷。 1.2.1 自發(fā)性損傷自發(fā)性損傷 某些某些DNA損傷是自發(fā)性的，其產(chǎn)生是由損傷是自發(fā)性的，其產(chǎn)生是由DNA內(nèi)在內(nèi)在的化學(xué)活性以及細(xì)胞中存在的正?；钚曰肿铀?。的化學(xué)活性以及細(xì)胞中存在的正?；钚曰肿铀隆?如復(fù)制過程中堿基配對時(shí)產(chǎn)生的誤差，經(jīng)過如復(fù)制過程中堿基配對時(shí)產(chǎn)生的誤差，經(jīng)過DNA聚合酶聚合酶“

4、校正校正”等綜合校對因素作用下仍未被校正等綜合校對因素作用下仍未被校正的的DNA的損傷。的損傷。 常見自發(fā)性損傷包括以下幾種類型：常見自發(fā)性損傷包括以下幾種類型：（1）自發(fā)的脫嘌呤和脫嘧啶）自發(fā)的脫嘌呤和脫嘧啶（2）堿基的脫氨基作用）堿基的脫氨基作用（3）堿基之間的互變異構(gòu)）堿基之間的互變異構(gòu)（4）細(xì)胞正常代謝產(chǎn)物對）細(xì)胞正常代謝產(chǎn)物對DNA的損傷。的損傷。（1）自發(fā)的脫嘌呤和脫嘧啶：）自發(fā)的脫嘌呤和脫嘧啶： 自發(fā)的水解可使嘌呤和嘧啶從自發(fā)的水解可使嘌呤和嘧啶從DNA鏈的核糖磷酸鏈的核糖磷酸骨架上脫落下來。骨架上脫落下來。-o 一個(gè)哺乳動物細(xì)胞在一個(gè)哺乳動物細(xì)胞在37條件下，條件下，20h內(nèi)內(nèi)

5、自發(fā)脫落嘌呤約自發(fā)脫落嘌呤約1000個(gè)、嘧啶約個(gè)、嘧啶約500個(gè)；個(gè)；o 估計(jì)一個(gè)長壽命不復(fù)制繁殖的哺乳類細(xì)胞估計(jì)一個(gè)長壽命不復(fù)制繁殖的哺乳類細(xì)胞（如神經(jīng)細(xì)胞）在整個(gè)生活期間自發(fā)脫嘌呤（如神經(jīng)細(xì)胞）在整個(gè)生活期間自發(fā)脫嘌呤數(shù)約為數(shù)約為108，這占細(xì)胞，這占細(xì)胞DNA中總嘌呤數(shù)約中總嘌呤數(shù)約30%。 是指胞嘧啶是指胞嘧啶(C)、(A)和和(G)分子結(jié)構(gòu)中都含有環(huán)分子結(jié)構(gòu)中都含有環(huán)外氨基，氨基有時(shí)會自發(fā)脫落，結(jié)果外氨基，氨基有時(shí)會自發(fā)脫落，結(jié)果C變?yōu)樽優(yōu)?U)，A變?yōu)樽優(yōu)?I)，G變?yōu)辄S嘌呤變?yōu)辄S嘌呤(X)，當(dāng)，當(dāng)DNA復(fù)制時(shí)，會在子復(fù)制時(shí)，會在子鏈中產(chǎn)生錯(cuò)誤而導(dǎo)致?lián)p傷。鏈中產(chǎn)生錯(cuò)誤而導(dǎo)致?lián)p傷。

6、（2）堿基脫氨基：）堿基脫氨基： OHHOUI（次黃嘌呤）（次黃嘌呤）X（黃嘌呤）（黃嘌呤）o 脫氨基產(chǎn)物的配對性質(zhì)與原來的堿基不同，從脫氨基產(chǎn)物的配對性質(zhì)與原來的堿基不同，從而在而在DNA復(fù)制時(shí)，將會在子鏈中產(chǎn)生錯(cuò)誤，造復(fù)制時(shí)，將會在子鏈中產(chǎn)生錯(cuò)誤，造成損傷。成損傷。原母鏈原母鏈 C A G脫氨基后脫氨基后 U I X 復(fù)制時(shí)子鏈復(fù)制時(shí)子鏈 A C C原母鏈原母鏈 C A G 復(fù)制時(shí)子鏈復(fù)制時(shí)子鏈 G T C DNA中沒有中沒有U的可能原因所在的可能原因所在（3）堿基之間的互變異構(gòu)：）堿基之間的互變異構(gòu)： 指指DNA分子中的分子中的4種堿基自發(fā)地使氫原子改變種堿基自發(fā)地使氫原子改變位置，產(chǎn)生

7、互變異構(gòu)體，進(jìn)一步使堿基配對的方式位置，產(chǎn)生互變異構(gòu)體，進(jìn)一步使堿基配對的方式發(fā)生改變，這樣在復(fù)制后的子鏈上就可能出現(xiàn)錯(cuò)誤。發(fā)生改變，這樣在復(fù)制后的子鏈上就可能出現(xiàn)錯(cuò)誤。 ATAC（4）細(xì)胞正常代謝產(chǎn)物對）細(xì)胞正常代謝產(chǎn)物對DNA的損傷：的損傷： 細(xì)胞呼吸的副產(chǎn)物細(xì)胞呼吸的副產(chǎn)物O2-、H2O2等會造成等會造成DNA損傷，損傷，能產(chǎn)生胸腺嘧啶乙二醇、羥甲基尿嘧啶等堿基修飾物，能產(chǎn)生胸腺嘧啶乙二醇、羥甲基尿嘧啶等堿基修飾物，還可能引起還可能引起DNA單鏈斷裂等損傷。單鏈斷裂等損傷。 每個(gè)哺乳類細(xì)胞每天每個(gè)哺乳類細(xì)胞每天DNA單鏈斷裂發(fā)生的頻率約為單鏈斷裂發(fā)生的頻率約為5萬次。此外，體內(nèi)還可以發(fā)生

8、萬次。此外，體內(nèi)還可以發(fā)生DNA的甲基化，結(jié)構(gòu)的的甲基化，結(jié)構(gòu)的其他變化等，這些損傷的積累可能導(dǎo)致老化。其他變化等，這些損傷的積累可能導(dǎo)致老化。 1.2.2 物理因素引起的損傷物理因素引起的損傷 (1)非離子化輻射（紫外線）非離子化輻射（紫外線）(2) 高能離子化輻射（高能離子化輻射（X射線、射線、射線）射線）(1)紫外線紫外線: 主要是形成嘧啶二聚體，主要是形成嘧啶二聚體，DNA分子最易于吸收的分子最易于吸收的波長在波長在260 nm左右，當(dāng)受到大劑量的左右，當(dāng)受到大劑量的UV照射后，照射后，一條鏈上相鄰的兩個(gè)嘧啶核苷酸共價(jià)結(jié)合，形成環(huán)一條鏈上相鄰的兩個(gè)嘧啶核苷酸共價(jià)結(jié)合，形成環(huán)丁烷嘧啶二聚

9、體。相鄰的兩個(gè)丁烷嘧啶二聚體。相鄰的兩個(gè)T或兩個(gè)或兩個(gè)C以及以及C和和T之間均可形成嘧啶二聚體，但最易形成的是之間均可形成嘧啶二聚體，但最易形成的是TT。形成二聚體的反應(yīng)可逆，較長的波長形成二聚體的反應(yīng)可逆，較長的波長(280 nm)有有利于二聚體的形成，較短波長利于二聚體的形成，較短波長(240 nm)利于其解利于其解聚。聚。 人的皮膚中，每小時(shí)由于人的皮膚中，每小時(shí)由于UV照射造成的嘧啶二聚照射造成的嘧啶二聚體頻率為每細(xì)胞體頻率為每細(xì)胞5104個(gè)個(gè) 。但。但UV的作用只限于的作用只限于皮膚上，因?yàn)槠つw上，因?yàn)閁V不能穿透皮下組織。不能穿透皮下組織。微生物受微生物受UV照射后能影響其存活。照

10、射后能影響其存活。(2) 電離輻射電離輻射:直接效應(yīng)和間接效應(yīng)兩種途徑。直接效應(yīng)和間接效應(yīng)兩種途徑。 前者指輻射對前者指輻射對DNA分子直接聚積能量，引起理分子直接聚積能量，引起理化性質(zhì)改變；后者指電離輻射對化性質(zhì)改變；后者指電離輻射對DNA存在的環(huán)境中存在的環(huán)境中其他成分其他成分(主要是水主要是水)沉積能量，引起沉積能量，引起DNA分子的變化。分子的變化。 DNA受到電離輻射后一個(gè)嚴(yán)重的生物學(xué)后果是受到電離輻射后一個(gè)嚴(yán)重的生物學(xué)后果是鏈斷裂。鏈斷裂。1.2.3 化學(xué)因素引起的損傷化學(xué)因素引起的損傷 化學(xué)因素對化學(xué)因素對DNA損傷的認(rèn)識最早來自對化學(xué)武器損傷的認(rèn)識最早來自對化學(xué)武器殺傷力的研究

11、；以后對癌癥化療、化學(xué)致癌作用的研殺傷力的研究；以后對癌癥化療、化學(xué)致癌作用的研究使人們更重視突變劑或致癌劑對究使人們更重視突變劑或致癌劑對DNA的作用。的作用。 引起引起DNA損傷的化學(xué)因素主要有兩大類：損傷的化學(xué)因素主要有兩大類：烷化劑烷化劑 堿基類似物堿基類似物(1)烷化劑對烷化劑對DNA的損傷的損傷 : 烷化劑是一類可將烷基（如甲基）加入到生物烷化劑是一類可將烷基（如甲基）加入到生物大分子（如核酸和蛋白質(zhì)）的親核位點(diǎn)上的親電化大分子（如核酸和蛋白質(zhì)）的親核位點(diǎn)上的親電化學(xué)試劑。如硫酸二甲酯、甲磺酸甲酯（學(xué)試劑。如硫酸二甲酯、甲磺酸甲酯（MMS）、甲）、甲磺酸乙酯（磺酸乙酯（EMS）等。

12、）等。 損傷類型：損傷類型： 堿基烷基化：堿基烷基化：烷化劑很容易將烷基加到烷化劑很容易將烷基加到DNA鏈中嘌鏈中嘌呤或嘧啶的呤或嘧啶的N或或O上，其中上，其中鳥嘌呤的鳥嘌呤的N7和腺嘌呤的和腺嘌呤的N3最容易受攻擊，最容易受攻擊，烷基化的嘌呤堿基配對會發(fā)生變烷基化的嘌呤堿基配對會發(fā)生變化，例如離子化形式的烷基化鳥嘌呤不再與胞嘧啶化，例如離子化形式的烷基化鳥嘌呤不再與胞嘧啶配對、而改與胸腺嘧啶配對，結(jié)果會使配對、而改與胸腺嘧啶配對，結(jié)果會使G-C轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)變成A-T。GN7烷基化烷基化GCT堿基脫落：堿基脫落： 烷化鳥嘌呤烷化鳥嘌呤(G)的糖苷鍵不穩(wěn)定，容的糖苷鍵不穩(wěn)定，容易脫落形成易脫落形成D

13、NA上無堿基的位點(diǎn)，復(fù)制時(shí)可以插入上無堿基的位點(diǎn)，復(fù)制時(shí)可以插入任何核苷酸，造成序列的改變。任何核苷酸，造成序列的改變。斷鏈：斷鏈：DNA鏈的磷酸二酯鍵上的氧也容易被烷化，鏈的磷酸二酯鍵上的氧也容易被烷化，結(jié)果形成不穩(wěn)定的磷酸三酯鍵，易在糖與磷酸間發(fā)結(jié)果形成不穩(wěn)定的磷酸三酯鍵，易在糖與磷酸間發(fā)生水解，使生水解，使DNA鏈斷裂。鏈斷裂。交聯(lián)：交聯(lián)：烷化劑有兩類：烷化劑有兩類： 一類是單功能基烷化劑，如甲基甲烷碘酸，一類是單功能基烷化劑，如甲基甲烷碘酸，只能使一個(gè)位點(diǎn)烷基化；只能使一個(gè)位點(diǎn)烷基化； 另一類是雙功能基烷化劑，化學(xué)武器如氮芥、另一類是雙功能基烷化劑，化學(xué)武器如氮芥、硫芥等；一些抗癌藥物

14、如環(huán)磷酰胺、苯丁酸氮芥、硫芥等；一些抗癌藥物如環(huán)磷酰胺、苯丁酸氮芥、絲裂霉素等；某些致癌物如二乙基亞硝胺等均屬絲裂霉素等；某些致癌物如二乙基亞硝胺等均屬此類。此類。 其兩個(gè)功能基可同時(shí)使兩處烷基化，結(jié)果就其兩個(gè)功能基可同時(shí)使兩處烷基化，結(jié)果就能造成能造成DNA鏈內(nèi)、鏈內(nèi)、DNA鏈間、以及鏈間、以及DNA與蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)間的交聯(lián)。由于這些損傷部分在間的交聯(lián)。由于這些損傷部分在DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄復(fù)制和轉(zhuǎn)錄時(shí)干擾時(shí)干擾DNA解鏈，因而可能是致死的。解鏈，因而可能是致死的。(2) 堿基類似物堿基類似物: 人工可以合成一些堿基類似物用作促突變劑或抗人工可以合成一些堿基類似物用作促突變劑或抗癌藥物，如癌藥物

15、，如5-溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（5-BU）、）、5-氟尿嘧啶（氟尿嘧啶（5-FU）、）、2-氨基腺嘌呤（氨基腺嘌呤（2-AP）等。由于其結(jié)構(gòu)與正）等。由于其結(jié)構(gòu)與正常的堿基相似，進(jìn)入細(xì)胞能替代正常的堿基參入到常的堿基相似，進(jìn)入細(xì)胞能替代正常的堿基參入到DNA鏈中而干擾鏈中而干擾DNA復(fù)制合成，復(fù)制合成， 例如例如5-BU結(jié)構(gòu)與尿嘧啶（結(jié)構(gòu)與尿嘧啶（U）十分相近，在酮式）十分相近，在酮式結(jié)構(gòu)時(shí)與結(jié)構(gòu)時(shí)與A配對，卻又更容易成為烯醇式結(jié)構(gòu)與配對，卻又更容易成為烯醇式結(jié)構(gòu)與G配配對，在對，在DNA復(fù)制時(shí)導(dǎo)致復(fù)制時(shí)導(dǎo)致A-T轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為G-C。 ATABUABU*ATGBU*ATATGCGBU*堿基類似物堿

16、基類似物 5-溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（BU）酮式結(jié)構(gòu)酮式結(jié)構(gòu)烯醇式結(jié)構(gòu)烯醇式結(jié)構(gòu)二、二、 DNA的修復(fù)的修復(fù)修復(fù)修復(fù) (repairing)： 是指針對已發(fā)生的缺陷而進(jìn)行的補(bǔ)救機(jī)制。是指針對已發(fā)生的缺陷而進(jìn)行的補(bǔ)救機(jī)制。修復(fù)的類型：修復(fù)的類型：直接修復(fù)（直接修復(fù)（direct repair）切除修復(fù)（切除修復(fù)（excision repair）錯(cuò)配修復(fù)（錯(cuò)配修復(fù)（mismatch repair）重組修復(fù)（重組修復(fù)（recombination repair）易錯(cuò)修復(fù)（易錯(cuò)修復(fù)（error-prone repair） 2.1 直接修復(fù)（直接修復(fù)（direct repair）直接修復(fù)直接修復(fù)(direct

17、 repair)是不需要移去任何堿基或是不需要移去任何堿基或核苷酸就可以將損傷逆轉(zhuǎn)到正常狀態(tài)的修復(fù)機(jī)制。核苷酸就可以將損傷逆轉(zhuǎn)到正常狀態(tài)的修復(fù)機(jī)制。 (1) 光復(fù)活作用光復(fù)活作用 (2)斷裂鏈的重接斷裂鏈的重接(3)直接插入嘌呤直接插入嘌呤(4)烷基轉(zhuǎn)移烷基轉(zhuǎn)移(1) 嘧啶二聚體的產(chǎn)生嘧啶二聚體的產(chǎn)生 類型：類型：TT二聚體二聚體 （ ）、）、CC二聚體（二聚體（ ）、）、 CT二聚體（二聚體（ ）TTCCCT2.3.1 光復(fù)活作用（光復(fù)活作用（photo reactivation ） UV (2) 光復(fù)活修復(fù)的機(jī)制光復(fù)活修復(fù)的機(jī)制光裂合酶或光復(fù)活酶光裂合酶或光復(fù)活酶(photo-reacti

18、vation enzyme或或photolyase， PR 酶酶 ) 可見光可見光(有效波長為有效波長為400 nm左右左右)激活光復(fù)活酶，它能分激活光復(fù)活酶，它能分解由紫外線照射而形成的環(huán)丁烷嘧啶二聚體解由紫外線照射而形成的環(huán)丁烷嘧啶二聚體 。形成嘧啶二聚體形成嘧啶二聚體酶與嘧啶二聚體部位酶與嘧啶二聚體部位相結(jié)合，不需要光。相結(jié)合，不需要光。酶被可見光激活，并酶被可見光激活，并將嘧啶二聚體解聚為正將嘧啶二聚體解聚為正常的兩個(gè)嘧啶單體。常的兩個(gè)嘧啶單體。修復(fù)后酶被釋放。修復(fù)后酶被釋放。DNA連接酶連接酶的簡單重接。的簡單重接。連接酶連接酶Mg2+ATP或或NADAMP+PPi或或NMN+AMP

19、ATCGPTTPPPA A CCTGAPACPPPPOHTGGATCGPTTPPPA A CCTGAPACPPPTGGP缺口33555533模板鏈模板鏈模板鏈模板鏈(2)斷裂鏈的重接斷裂鏈的重接(3)直接插入嘌呤直接插入嘌呤o 當(dāng)當(dāng)DNA鏈上的嘌呤堿基受到損傷時(shí)，常會被糖鏈上的嘌呤堿基受到損傷時(shí)，常會被糖基化酶水解脫落生成無嘌呤位點(diǎn)（基化酶水解脫落生成無嘌呤位點(diǎn)（apurinic-site,AP位點(diǎn)）。位點(diǎn)）。o 近年來人們發(fā)現(xiàn)一種酶能對這種損傷進(jìn)行直接近年來人們發(fā)現(xiàn)一種酶能對這種損傷進(jìn)行直接修復(fù)，這種酶被稱為修復(fù)，這種酶被稱為DNA嘌呤插入酶嘌呤插入酶（insertase）。）。o 此酶首先

20、與無嘌呤位點(diǎn)相結(jié)合，在此酶首先與無嘌呤位點(diǎn)相結(jié)合，在K+存在的條存在的條件下催化游離的嘌呤堿基與件下催化游離的嘌呤堿基與DNA無嘌呤部位形無嘌呤部位形成糖苷鍵，而且插入具有專一性。成糖苷鍵，而且插入具有專一性。o 在在DNA中與中與C相對應(yīng)的相對應(yīng)的AP位點(diǎn)，插入酶只催位點(diǎn)，插入酶只催化化G的插入；而在與的插入；而在與T相對應(yīng)的相對應(yīng)的AP位點(diǎn)上，插位點(diǎn)上，插入酶只催化入酶只催化A的插入。的插入。DNA嘧啶插入酶嘧啶插入酶(4)烷基轉(zhuǎn)移修復(fù)烷基轉(zhuǎn)移修復(fù)在細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)有一種在細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)有一種O6 -甲基鳥嘌呤轉(zhuǎn)移酶甲基鳥嘌呤轉(zhuǎn)移酶（MGMT），能直接將鳥嘌呤），能直接將鳥嘌呤O6位上的甲基移到酶蛋

21、位上的甲基移到酶蛋白質(zhì)的半胱氨酸殘基上，而白質(zhì)的半胱氨酸殘基上，而DNA其他烷基化堿基需要其他烷基化堿基需要切除修復(fù)。切除修復(fù)。MGMT能防止能防止DNA鏈烷基化導(dǎo)致的死亡和突變效應(yīng)。鏈烷基化導(dǎo)致的死亡和突變效應(yīng)。這個(gè)酶的修復(fù)能力并不很強(qiáng)，但在低劑量烷化劑作用這個(gè)酶的修復(fù)能力并不很強(qiáng)，但在低劑量烷化劑作用下能誘導(dǎo)出此酶的修復(fù)活性。下能誘導(dǎo)出此酶的修復(fù)活性。MGMT存在于酵母和哺乳動物細(xì)胞中。存在于酵母和哺乳動物細(xì)胞中。O6-甲基轉(zhuǎn)移酶使甲基轉(zhuǎn)移酶使O6甲基化鳥嘌呤恢復(fù)成鳥嘌呤甲基化鳥嘌呤恢復(fù)成鳥嘌呤2.2 切除修復(fù)（切除修復(fù)（excission repairing）是指在一系列酶的作用下，將是

22、指在一系列酶的作用下，將DNA分子中受損傷部分切除，分子中受損傷部分切除，然后按照另一完整的互補(bǔ)鏈為然后按照另一完整的互補(bǔ)鏈為模板，重新合成切去的部分，模板，重新合成切去的部分，使使DNA回復(fù)正常結(jié)構(gòu)的過程?；貜?fù)正常結(jié)構(gòu)的過程。 (1) 由由uvrABC酶識別損傷位點(diǎn)；酶識別損傷位點(diǎn)； (2) uvrABC酶在損傷的兩側(cè)各產(chǎn)生切口，切下一酶在損傷的兩側(cè)各產(chǎn)生切口，切下一段核苷酸；段核苷酸； (3) DNA聚合酶聚合酶I以以3-OH為引物，以另一條完好為引物，以另一條完好的互補(bǔ)鏈為模板進(jìn)行修復(fù)，合成一段新片段；的互補(bǔ)鏈為模板進(jìn)行修復(fù)，合成一段新片段； (4)DNA連接酶連接缺口。連接酶連接缺口。

23、包括識別、切除、修補(bǔ)和鏈接四個(gè)步驟：包括識別、切除、修補(bǔ)和鏈接四個(gè)步驟：uvrABC內(nèi)切核酸酶內(nèi)切核酸酶 DNA pol Ligaseo 在原核生物中受損核苷酸在原核生物中受損核苷酸3端的第端的第5位，位，5端端的第的第8位磷酸糖苷分別被位磷酸糖苷分別被DNA切割酶切開。切割酶切開。o 在人類細(xì)胞中，受損傷核苷酸在人類細(xì)胞中，受損傷核苷酸3端第端第6位，位，5端的第端的第23位磷酸糖苷鍵分別被位磷酸糖苷鍵分別被DNA切割酶切切割酶切開。開。 著色性干皮病著色性干皮病（xeroderma pigmentosis，XP） 是一種切除修復(fù)有缺陷的遺傳性疾病。是一種切除修復(fù)有缺陷的遺傳性疾病。在研究其

24、發(fā)病機(jī)制時(shí)，發(fā)現(xiàn)一些相關(guān)的基因，在研究其發(fā)病機(jī)制時(shí)，發(fā)現(xiàn)一些相關(guān)的基因，稱為稱為XPA、XPB、XPC等。這些基因的表達(dá)等。這些基因的表達(dá)產(chǎn)物與產(chǎn)物與uvr類蛋白有同源序列，也是起辨認(rèn)和類蛋白有同源序列，也是起辨認(rèn)和切除損傷切除損傷DNA作用的。作用的。XP病人是由于病人是由于XP基因基因有缺陷，不能修復(fù)紫外線照射引起的有缺陷，不能修復(fù)紫外線照射引起的DNA損損傷，因此易發(fā)生皮膚癌。傷，因此易發(fā)生皮膚癌。DNA mismatch+ - A- -C-識別模板鏈與新合成識別模板鏈與新合成DNA鏈的機(jī)制：鏈的機(jī)制：錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng) (MRS , Mismatch Repair System)

25、 錯(cuò)配修復(fù)是按照模板的遺傳信息來修復(fù)錯(cuò)配堿基錯(cuò)配修復(fù)是按照模板的遺傳信息來修復(fù)錯(cuò)配堿基的一種修復(fù)方式。的一種修復(fù)方式。 2.3 錯(cuò)配修復(fù)錯(cuò)配修復(fù)(mismatch repair) 該系統(tǒng)識別母鏈的依據(jù)來自該系統(tǒng)識別母鏈的依據(jù)來自Dam甲基化酶甲基化酶，它能，它能使位于使位于5GATC序列中序列中腺苷酸的腺苷酸的N6位甲基化位甲基化。一。一旦復(fù)制叉通過復(fù)制起始位點(diǎn)，母鏈就會在開始旦復(fù)制叉通過復(fù)制起始位點(diǎn)，母鏈就會在開始DNA合成前的幾秒種至幾分鐘內(nèi)被甲基化。合成前的幾秒種至幾分鐘內(nèi)被甲基化。 DNA合成過程中的甲基化變化合成過程中的甲基化變化DNA中的中的GATC為為m6A甲基化敏感甲基化敏感位

26、點(diǎn)。位點(diǎn)。平均每平均每2kb左右有一左右有一pGATC seq。 DNA的半甲基化可區(qū)別子鏈與的半甲基化可區(qū)別子鏈與母鏈，使子鏈中的錯(cuò)配堿基被修復(fù)去母鏈，使子鏈中的錯(cuò)配堿基被修復(fù)去除。除。只要兩條只要兩條DNA鏈上堿基配對出問題，錯(cuò)配修復(fù)系鏈上堿基配對出問題，錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)就會根據(jù)統(tǒng)就會根據(jù)“保存母鏈，修正子鏈保存母鏈，修正子鏈”的原則，找的原則，找出錯(cuò)誤堿基所在的出錯(cuò)誤堿基所在的DNA鏈，并在對應(yīng)于母鏈甲基鏈，并在對應(yīng)于母鏈甲基化腺苷酸上游鳥苷酸的化腺苷酸上游鳥苷酸的5位置切開子鏈，再啟動位置切開子鏈，再啟動特定的修復(fù)途徑，合成新的子鏈片段。特定的修復(fù)途徑，合成新的子鏈片段。錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)（錯(cuò)配

27、修復(fù)系統(tǒng)（Mismatch repair system）Mut S, Mut H, Mut LMut S：以二聚體的形式識別并結(jié)合錯(cuò)配堿基；：以二聚體的形式識別并結(jié)合錯(cuò)配堿基；Mut H：位點(diǎn)專一核酸內(nèi)切酶活力；：位點(diǎn)專一核酸內(nèi)切酶活力；Mut L：與：與Mut S結(jié)合成為一個(gè)復(fù)合物，利用結(jié)合成為一個(gè)復(fù)合物，利用ATP供供能沿能沿DNA雙鏈移動，直到遇到雙鏈移動，直到遇到pGATC序列為止。序列為止。其中幾個(gè)特有的蛋白由其中幾個(gè)特有的蛋白由mut基因編基因編碼：碼：根據(jù)母鏈甲基化原則找出錯(cuò)配堿基的示意圖。根據(jù)母鏈甲基化原則找出錯(cuò)配堿基的示意圖。a. Mut S發(fā)現(xiàn)并結(jié)合錯(cuò)配堿基。發(fā)現(xiàn)并結(jié)合錯(cuò)配

28、堿基。b. 在水解在水解ATP的作用下，的作用下，MutS, MutL與堿基錯(cuò)配位點(diǎn)的與堿基錯(cuò)配位點(diǎn)的DNA雙雙鏈相結(jié)合。鏈相結(jié)合。c. MutS-MutL在在DNA雙鏈上移動，雙鏈上移動，發(fā)現(xiàn)甲基化發(fā)現(xiàn)甲基化DNA后由后由MutH切開非切開非甲基化的子鏈。甲基化的子鏈。堿基錯(cuò)配修復(fù)過程示意圖堿基錯(cuò)配修復(fù)過程示意圖當(dāng)錯(cuò)配堿基位于切口當(dāng)錯(cuò)配堿基位于切口3下游端下游端時(shí)，在時(shí)，在MutL-MutS、解鏈酶、解鏈酶II、DNA外切酶外切酶VII或或RecJ核酸核酸酶酶的作用下，從錯(cuò)配堿的作用下，從錯(cuò)配堿基基3下游端開始切除單下游端開始切除單鏈鏈DNA直到錯(cuò)配位點(diǎn)，直到錯(cuò)配位點(diǎn)，并在并在PolIII和

29、和SSB的作用的作用下合成新的子鏈片段。下合成新的子鏈片段。若錯(cuò)配堿基位于切口的若錯(cuò)配堿基位于切口的5上游端上游端，則在，則在DNA外外切酶切酶I或或X的作用下切除的作用下切除單鏈單鏈DNA直到錯(cuò)配位點(diǎn)，直到錯(cuò)配位點(diǎn)，再合成新的子鏈片段。再合成新的子鏈片段。2.4 重組修復(fù)（重組修復(fù)（Recombination Repair）機(jī)體細(xì)胞對在復(fù)制起始時(shí)尚未修復(fù)的機(jī)體細(xì)胞對在復(fù)制起始時(shí)尚未修復(fù)的DNA損傷損傷部位可以先復(fù)制再修復(fù)，這種方式稱為部位可以先復(fù)制再修復(fù)，這種方式稱為重組修重組修復(fù)復(fù)。這個(gè)過程發(fā)生在復(fù)制之后，故稱。這個(gè)過程發(fā)生在復(fù)制之后，故稱復(fù)制后修復(fù)制后修復(fù)。復(fù)。5335含有嘧啶二聚體的D

30、NA復(fù)制損傷的母鏈有空隙的子鏈正常的雙鏈DNA損傷的母鏈修復(fù)的子鏈正常的子鏈有空隙的母鏈含有嘧啶二聚體的DNA正常的雙鏈DNA重組修復(fù)填補(bǔ)與連接圖12-18 DNA損傷的重組修復(fù) 受損傷的受損傷的DNA鏈復(fù)制時(shí)，產(chǎn)生的子代鏈復(fù)制時(shí)，產(chǎn)生的子代DNA在損傷的對應(yīng)部位出在損傷的對應(yīng)部位出現(xiàn)缺口?，F(xiàn)缺口。 完整的另一條母鏈完整的另一條母鏈DNA與有缺口的子鏈與有缺口的子鏈DNA進(jìn)行重組交換，將進(jìn)行重組交換，將母鏈母鏈DNA上相應(yīng)的片段填補(bǔ)子鏈缺口處，而母鏈上相應(yīng)的片段填補(bǔ)子鏈缺口處，而母鏈DNA出現(xiàn)缺口。出現(xiàn)缺口。 以另一條子鏈以另一條子鏈DNA為模板，經(jīng)為模板，經(jīng)DNA聚合酶催化合成一新聚合酶催化

31、合成一新DNA片片段填補(bǔ)母鏈段填補(bǔ)母鏈DNA的缺口，最后由的缺口，最后由DNA連接酶連接，完成修補(bǔ)。連接酶連接，完成修補(bǔ)。 5335含有嘧啶二聚體的DNA復(fù)制損傷的母鏈有空隙的子鏈正常的雙鏈DNA損傷的母鏈修復(fù)的子鏈正常的子鏈有空隙的母鏈含有嘧啶二聚體的DNA正常的雙鏈DNA重組修復(fù)填補(bǔ)與連接圖12-18 DNA損傷的重組修復(fù) 重組修復(fù)不能完全去除損傷，損傷的重組修復(fù)不能完全去除損傷，損傷的DNA段落仍段落仍然保留在親代然保留在親代DNA鏈上，只是重組修復(fù)后新合成的鏈上，只是重組修復(fù)后新合成的DNA分子是不帶有損傷的，隨著復(fù)制的不斷進(jìn)行，若分子是不帶有損傷的，隨著復(fù)制的不斷進(jìn)行，若干代后，干代

32、后，即使損傷始終未從親代鏈中除去，在后代細(xì)即使損傷始終未從親代鏈中除去，在后代細(xì)胞群中也已被稀釋胞群中也已被稀釋，基本上消除了損傷的影響。，基本上消除了損傷的影響。參與重組修復(fù)的酶系統(tǒng)包括與重組和修復(fù)兩個(gè)過參與重組修復(fù)的酶系統(tǒng)包括與重組和修復(fù)兩個(gè)過程有關(guān)的酶類。程有關(guān)的酶類。重組蛋白重組蛋白RecA：交換：交換DNA鏈的活性鏈的活性RecBCD：解螺旋酶、核酸酶、：解螺旋酶、核酸酶、ATP酶活性酶活性重組修復(fù)機(jī)制的缺陷，可導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。重組修復(fù)機(jī)制的缺陷，可導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。已發(fā)現(xiàn)，婦女已發(fā)現(xiàn)，婦女Brca1和和Brca2兩個(gè)基因如果兩個(gè)基因如果有缺陷，發(fā)生乳腺癌的概率為有缺陷，發(fā)生乳腺癌的概

33、率為80。實(shí)驗(yàn)表。實(shí)驗(yàn)表明，它們是參與重組修復(fù)過程的蛋白質(zhì)。明，它們是參與重組修復(fù)過程的蛋白質(zhì)。 Rec修復(fù)系統(tǒng)比切除修復(fù)系統(tǒng)更有效修復(fù)系統(tǒng)比切除修復(fù)系統(tǒng)更有效 目前知道目前知道 Uvr系統(tǒng)負(fù)責(zé)切除二聚體系統(tǒng)負(fù)責(zé)切除二聚體 Rec系統(tǒng)負(fù)責(zé)消除沒有被切除的二聚體系統(tǒng)負(fù)責(zé)消除沒有被切除的二聚體 可能造成的后果可能造成的后果2.5 易錯(cuò)修復(fù)和易錯(cuò)修復(fù)和SOS應(yīng)答應(yīng)答SOS反應(yīng)還可誘導(dǎo)產(chǎn)生反應(yīng)還可誘導(dǎo)產(chǎn)生DNA聚合酶聚合酶和和，它們不具有，它們不具有3核核酸外切酶的校正功能，但在酸外切酶的校正功能，但在DNA鏈的損傷部位即使出現(xiàn)不配鏈的損傷部位即使出現(xiàn)不配對的堿基，仍然能催化核苷酸的聚合，使復(fù)制繼續(xù)進(jìn)

34、行。這對的堿基，仍然能催化核苷酸的聚合，使復(fù)制繼續(xù)進(jìn)行。這種情況下允許錯(cuò)配種情況下允許錯(cuò)配可增加細(xì)胞的存活機(jī)會可增加細(xì)胞的存活機(jī)會。 大劑量的紫外線照射，大量的二聚體產(chǎn)生大劑量的紫外線照射，大量的二聚體產(chǎn)生 SOS系統(tǒng)誘導(dǎo)，錯(cuò)誤潛伏的復(fù)系統(tǒng)誘導(dǎo)，錯(cuò)誤潛伏的復(fù)制超越二聚體而進(jìn)行制超越二聚體而進(jìn)行錯(cuò)誤堿基錯(cuò)誤堿基當(dāng)當(dāng)DNA復(fù)制度過難關(guān)后復(fù)制度過難關(guān)后SOS repair 是一種錯(cuò)誤傾向性極強(qiáng)的修復(fù)機(jī)制是一種錯(cuò)誤傾向性極強(qiáng)的修復(fù)機(jī)制是進(jìn)化中形成的是進(jìn)化中形成的“ 竭盡全力，治病救人竭盡全力，治病救人” 的措施。的措施。（正常狀態(tài)下，（正常狀態(tài)下，SOS是關(guān)閉的）是關(guān)閉的）SOS off三、三、 基因

35、突變基因突變 突變突變(mutation)：可以通過復(fù)制而遺傳的：可以通過復(fù)制而遺傳的DNA結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的 任何永久性改變。任何永久性改變。染色體結(jié)構(gòu)變異染色體結(jié)構(gòu)變異染色體數(shù)目變異染色體數(shù)目變異染色體畸變?nèi)旧w畸變堿基突變堿基突變 基因突變基因突變突變突變3.1.1 從突變作用來源上定義從突變作用來源上定義3.1.2 從序列改變多少上定義從序列改變多少上定義 單點(diǎn)突變單點(diǎn)突變(point mutation) (點(diǎn)突變點(diǎn)突變) 多點(diǎn)突變多點(diǎn)突變(multiple mutation)點(diǎn)突變堿基對的置換點(diǎn)突變堿基對的置換 堿基插入（插入突變）堿基插入（插入突變） 堿基缺失（缺失突變）堿基缺失（缺失突

36、變）堿基插入（插入突變，堿基插入（插入突變，insertion）：指在基因的序）：指在基因的序列中插入了一個(gè)堿基或一段外來列中插入了一個(gè)堿基或一段外來DNA導(dǎo)致的突變。導(dǎo)致的突變。堿基對的置換（堿基對的置換（ substitution）轉(zhuǎn)換（轉(zhuǎn)換（transition） Py Py Pu Pu 顛換（顛換（transvertion）Py Pu 堿基缺失（缺失突變，堿基缺失（缺失突變，deletion）：指一個(gè)或多個(gè)）：指一個(gè)或多個(gè)堿基從一段堿基從一段DNA序列中被刪除，或較長核苷酸序列缺序列中被刪除，或較長核苷酸序列缺失引起的突變，這種突變難以被回復(fù)。失引起的突變，這種突變難以被回復(fù)。 核苷酸

37、缺失或插入核苷酸缺失或插入 （dNt deletion or insertion ）= 3x dNt nx Amino acid = 3x dNt 移碼（移碼（Framshift ）移碼突變（移碼突變（frameshift mutation）:是由于一個(gè)或多個(gè)是由于一個(gè)或多個(gè)非三整倍數(shù)的核苷酸對插入或缺失，導(dǎo)致編碼區(qū)該位點(diǎn)非三整倍數(shù)的核苷酸對插入或缺失，導(dǎo)致編碼區(qū)該位點(diǎn)后的三聯(lián)體密碼子閱讀框架改變，從而使后面的氨基酸后的三聯(lián)體密碼子閱讀框架改變，從而使后面的氨基酸都發(fā)生錯(cuò)誤，使該基因產(chǎn)物完全失活；如出現(xiàn)終止密碼都發(fā)生錯(cuò)誤，使該基因產(chǎn)物完全失活；如出現(xiàn)終止密碼子則也可使翻譯提前結(jié)束。子則也可使翻

38、譯提前結(jié)束。 3.1.3 從對閱讀框的影響上定義從對閱讀框的影響上定義Examples of deletion mutations 3.1.4 從對遺傳信息的改變上定義從對遺傳信息的改變上定義同義突變同義突變（same sense or synonymous mutation）： 基因突變改變了密碼子的組成，但由于密碼子的簡并性基因突變改變了密碼子的組成，但由于密碼子的簡并性而未改變所編碼氨基酸的種類。而未改變所編碼氨基酸的種類。 GAG (Glu) GAA (Glu)錯(cuò)義突變錯(cuò)義突變（missense mutation）：基因突變改變了所）：基因突變改變了所編碼的氨基酸的種類。編碼的氨基酸的

39、種類。（有些錯(cuò)義突變嚴(yán)重影響到蛋白質(zhì)活（有些錯(cuò)義突變嚴(yán)重影響到蛋白質(zhì)活性甚至完全無活性，若該基因?yàn)楸匦璧闹滤劳蛔?。）性甚至完全無活性，若該基因?yàn)楸匦璧闹滤劳蛔?。?GAG (Glu) AAG (Lys)無義突變無義突變（nonsense mutation）：堿基的改變使代表）：堿基的改變使代表某種氨基酸的密碼子變?yōu)榈鞍缀铣傻慕K止密碼子，它導(dǎo)某種氨基酸的密碼子變?yōu)榈鞍缀铣傻慕K止密碼子，它導(dǎo)致翻譯提前結(jié)束。致翻譯提前結(jié)束。 GAG (Glu) UAG (Stop)延長突變延長突變（elongation mutation）：這是一類剛好）：這是一類剛好與無義突變相反的突變，是由于終止密碼子突變?yōu)榫幣c無義突變相反的突變，是由于終止密碼子突變?yōu)榫幋a子，使肽鏈延長。碼子，使肽鏈延長。 滲漏突變滲